鎂合金電鍍Ni-Al2O3薄膜的研究

周言敏， 李建芳

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

鎂合金電鍍Ni-Al2O3薄膜的研究

周言敏， 李建芳

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

采用電鍍方法對(duì)鎂合金進(jìn)行表面鍍膜處理，間接提高其硬度和耐蝕性。借助硬度計(jì)和浸泡法對(duì)表面電鍍Ni-Al2O3薄膜的鎂合金的硬度和耐蝕性進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明：表面鍍膜能一定程度提高鎂合金基體的硬度和耐蝕性，但此兩項(xiàng)性能的彰顯受電鍍參數(shù)的影響。加載適宜的電流密度且電極水平面對(duì)面放置時(shí)，表面電鍍Ni-Al2O3薄膜的鎂合金的硬度較高，耐蝕性也較好。

Ni-Al2O3薄膜；電鍍；鎂合金；硬度；耐蝕性

0 前言

鎂合金具有質(zhì)量輕、比彈性模量大、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱好、電磁屏蔽和阻尼減震性能優(yōu)等特性，已在航空航天、武器裝備、汽車、電子、儀器儀表和冶金等行業(yè)中得到較廣泛的應(yīng)用［1－2］。然而，鎂合金存在較明顯的性能劣勢(shì)，如硬度偏低、耐蝕性較差等，導(dǎo)致其應(yīng)用空間拓寬受限制。鑒于鎂合金本體的綜合性能較為優(yōu)異，在此情況下通過(guò)改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)來(lái)彌補(bǔ)其性能劣勢(shì)恐難以奏效。表面處理是彌補(bǔ)鎂合金性能劣勢(shì)的可行途徑，也是經(jīng)研究證實(shí)的有效途徑［3－4］。

本文以間接提高鎂合金的硬度和耐蝕性為目標(biāo)，采用電鍍方法對(duì)其進(jìn)行表面鍍膜處理，并開展測(cè)定分析。

1 實(shí)驗(yàn)

鍍液組成為：NiSO4320g/L，NiCl250g/L，H3BO340g/L，Al2O3微粒（粒徑為1μm）20g/L。電鍍工藝條件為：溫度 （45±1）℃，電流密度（直流）0.02～0.14A/cm2，磁力攪拌速率10r/s。鍍液配制流程及微粒預(yù)處理、分散流程均按照相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行［5］。陽(yáng)極為電解鎳板，陰極為鎂合金。鑒于鎂合金表面極易形成氧化膜，為確保電鍍薄膜與鎂合金基體緊密結(jié)合以收獲預(yù)期效果，電鍍前進(jìn)行適當(dāng)打磨處理。電鍍中，陽(yáng)極和陰極采用兩種放置方式，即垂直面對(duì)面放置和水平面對(duì)面放置，如圖1所示。分別于鎂合金表面電鍍Ni-Al2O3薄膜，并進(jìn)行測(cè)定分析。

圖1 電極放置方式

2 結(jié)果與討論

2.1 形貌

電極垂直面對(duì)面放置時(shí)，僅改變電流密度，鎂合金表面鍍膜的SEM形貌，如圖2所示。由圖2可知：當(dāng)電流密度為0.08A/cm2時(shí)，薄膜最平整、形貌最好，晶粒最細(xì)且堆疊均勻，未形成明顯的孔隙缺陷，結(jié)構(gòu)致密。電流密度較之偏低或偏高時(shí)，鍍膜的形貌質(zhì)量和組織結(jié)構(gòu)均有所遜色。當(dāng)電流密度為0.02A/cm2時(shí)，因基質(zhì)金屬的沉積速率較慢，難以及時(shí)且完整包覆吸附于陰極表面的微粒，造成薄膜中微粒的復(fù)合量較低，表面較粗糙、結(jié)構(gòu)較疏松。當(dāng)電流密度為0.14A/cm2時(shí)，又因基質(zhì)金屬的沉積速率明顯快于微粒的吸附速率，同樣造成單位時(shí)間內(nèi)嵌入薄膜中的微粒量減少，薄膜的形貌質(zhì)量不太理想。

圖2 電極垂直放置時(shí)鍍膜的SEM形貌

然而，將電極水平面對(duì)面放置時(shí)，鍍膜的形貌結(jié)構(gòu)有所改變。以電流密度為0.14A/cm2時(shí)得到的鍍膜為例，其SEM形貌見(jiàn)圖3。對(duì)比圖3和圖2（c）可知：電極水平面對(duì)面放置時(shí)，鍍膜表面相對(duì)平整，晶粒較細(xì)小且近似呈胞狀，而非圖2（c）所示的棱錐狀。這是因?yàn)殡姌O放置方式不同，沉積規(guī)律存在一定差別，進(jìn)而導(dǎo)致鍍膜的形貌結(jié)構(gòu)有所不同。電極水平放置時(shí)，微粒除了被攪拌輸送至陰極表面外，還可依靠重力自沉降至陰極表面［6］。這樣，微粒的復(fù)合量必然相對(duì)較高。而過(guò)多的微粒彌散分布，干擾了基質(zhì)金屬晶體的自由結(jié)晶過(guò)程，影響了結(jié)晶取向，從而導(dǎo)致晶粒形態(tài)改變。

圖3 電極水平放置時(shí)鍍膜的SEM形貌

綜上所述，電極的放置方式影響了電鍍Ni－Al2O3薄膜的形貌和晶粒形態(tài)。而形貌和晶粒形態(tài)的改變可能造成鎂合金的硬度和耐蝕性存在差異。對(duì)此，進(jìn)一步開展測(cè)定研究。

2.2 硬度

表1列出了電極垂直/水平面對(duì)面放置且加載相同電流密度時(shí)，表面鍍膜的鎂合金的硬度測(cè)定結(jié)果。由表1可知：電極水平面對(duì)面放置時(shí)，硬度偏高。盡管升高幅度不盡相同，但總體趨勢(shì)不變。分析認(rèn)為：電極水平面對(duì)面放置時(shí)，Ni-Al2O3鍍膜中微粒的復(fù)合量較高，微粒的嵌入摻雜阻礙了晶格畸變和位錯(cuò)滑移，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用，緊致密實(shí)了組織結(jié)構(gòu)；同時(shí)，干擾了晶核生長(zhǎng)過(guò)程和結(jié)晶取向，細(xì)化了晶粒［7－8］，進(jìn)而提高了硬度。測(cè)定得出：表面鍍膜的鎂合金的硬度最高達(dá)3 487MPa，遠(yuǎn)高于鎂合金基體的硬度（1 000MPa左右）。

表1 表面鍍膜的鎂合金的硬度

2.3 耐蝕性

圖4為電極垂直/水平面對(duì)面放置時(shí)，表面鍍膜的鎂合金在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液中的腐蝕速率。由圖4可知：電極水平面對(duì)面放置時(shí)，表面鍍膜的鎂合金在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液中的腐蝕速率相對(duì)較低，最低僅為9.20×10－4g/（cm2·d），明顯小于相同條件下鎂合金基體的腐蝕速率1.78×10－3g/（cm2·d）?？梢?jiàn)，表面鍍膜處理也有助于提高鎂合金基體的耐蝕性。

圖4 表面鍍膜的鎂合金的腐蝕速率

3 結(jié)論

（1）表面鍍膜有助于提高鎂合金基體的硬度和耐蝕性，但此兩項(xiàng)性能的彰顯受電鍍參數(shù)的影響。

（2）加載適宜的電流密度且電極水平面對(duì)面放置時(shí)，電鍍Ni-Al2O3薄膜的鎂合金的硬度較高，耐蝕性也較好。

：

［1］劉英，李元元，張衛(wèi)文，等.鎂合金的研究進(jìn)展和應(yīng)用前景［J］.輕金屬，2002（8）：56-61.

［2］訾炳濤，王輝.鎂合金及其在工業(yè)中的應(yīng)用［J］.稀有金屬，2004，28（1）：229-232.

［3］劉燕，盧國(guó)龍，劉金丹，等.AZ91D鎂合金表面電沉積n-ZrO2/Ni復(fù)合鍍層及耐蝕性研究［J］.功能材料，2012，43（5）：650-652.

［4］吳國(guó)松，曾小勤，郭興伍，等.氣相沉積膜層在鎂合金表面改性中的應(yīng)用［J］.材料工程，2006（1）：61-65.

［5］郭鶴桐，張三元.復(fù)合電鍍技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［6］張文峰，朱荻.極板放置方式對(duì)電鑄層中微米/納米SiC復(fù)合量影響的研究［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2004，15（24）：2 241-2 245.

［7］王文芳，吳玉程，鄭玉春，等.銅－納米金屬氧化物復(fù)合鍍層的制備及組織性能研究［J］.稀有金屬，2004，28（2）：301-303.

［8］薛玉君，劉紅彬，蘭明明，等.超聲條件下脈沖電沉積Ni-CeO2納米復(fù)合鍍層的高溫抗氧化性［J］.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2010，20（8）：1 599-1 604.

A Study of Electrodepositing Ni-Al2O3Film on Magnesium Alloy

ZHOU Yan-min， LⅠ Jian-fang
（Chongqing College of Electronic Engineering，Chongqing 401331，China）

The surface of magnesium alloy was electrodeposited a film in order to improve its hardness and corrosion resistance indirectly.The hardness and corrosion resistance of magnesium alloy electroplated with Ni-Al2O3film on its surface were measured by means of sclerometer and immersion test.The results show that the hardness and corrosion resistance of the magnesium alloy are improved to some extent through surface filming treatment，but affected by electroplating parameters.When an appropriate current density is used and the electrodes are set face to face，the magnesium alloy electroplated with Ni-Al2O3film shows a higher hardness and has a better corrosion resistance also.

Ni-Al2O3film；electroplating；magnesium alloy；hardness；corrosion resistance

TQ 153

A

1000-4742（2014）01-0010-03

2012-09-04